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關(guān)于今年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) 中科院院士段樹(shù)民這樣解讀
浙江新聞客戶端 記者 李嬌儼
圖源：諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)
10月4日（2021年），美國(guó)生理學(xué)家大衛(wèi)·朱利葉斯和美國(guó)分子生物學(xué)家德姆·帕塔波蒂安因發(fā)現(xiàn)溫度與觸覺(jué)受體，分享了2021年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。記者采訪了中國(guó)科學(xué)院院士、神經(jīng)生物學(xué)家段樹(shù)民教授對(duì)此進(jìn)行解讀。
我們知道，感知冷、熱的能力和觸覺(jué)，對(duì)于人類的生存至關(guān)重要，這恰恰也是我們與周圍世界互動(dòng)的基礎(chǔ)。在日常生活中，這些感覺(jué)仿佛是理所當(dāng)然的。但神經(jīng)沖動(dòng)是如何啟動(dòng)，并感受到溫度和壓力的？這個(gè)問(wèn)題一直困擾著科學(xué)家們。
“腦的信息傳遞一般通過(guò)電信號(hào)。要感受到溫度或者壓力，必然存在一個(gè)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的機(jī)制。”段樹(shù)民說(shuō)，但是我們機(jī)體中將溫度和各種機(jī)械刺激轉(zhuǎn)化為神經(jīng)電信號(hào)的感受器是什么？他們是如何實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的，仍然是一個(gè)謎。
因此，溫度與觸覺(jué)受體的發(fā)現(xiàn)，是一項(xiàng)重大的基礎(chǔ)研究突破，兩位科學(xué)家經(jīng)過(guò)了幾十年的努力，終于找到了相關(guān)的離子通道，并將結(jié)構(gòu)、機(jī)制都研究清楚。“這些離子通道分別對(duì)溫度和機(jī)械刺激敏感，當(dāng)溫度變化或受到機(jī)械力刺激后，就會(huì)開(kāi)放，從而使相應(yīng)的神經(jīng)元放電增加，產(chǎn)生興奮，感知冷暖、觸覺(jué)、壓力等刺激”。段樹(shù)民說(shuō)。
圖源：諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)
有趣的是，疼痛與溫度，使用的是同一類通道。這也就是為什么我們?cè)诔岳苯窌r(shí)，會(huì)感覺(jué)到熱。辣椒素，也成為了打開(kāi)謎底的鑰匙。
上世紀(jì)90年代后期，在美國(guó)舊金山加利福尼亞大學(xué)任職的大衛(wèi)·朱利葉斯開(kāi)始分析由辣椒素引起的，接觸辣椒時(shí)的灼燒感。朱利葉斯和他的同事構(gòu)建了一個(gè)包含數(shù)百萬(wàn) DNA 片段的基因庫(kù)。這些片段對(duì)應(yīng)于感覺(jué)神經(jīng)元中表達(dá)的基因，這些基因可對(duì)疼痛、熱和觸摸做出反應(yīng)。
“我們知道機(jī)體中一定會(huì)有某些基因，能夠編碼與辣椒素反應(yīng)的蛋白質(zhì)的 DNA 片段。但是大家不確定是哪個(gè)基因。于是朱利葉斯通過(guò)排除法記錄信號(hào)，在系統(tǒng)中不斷刪除基因，當(dāng)壓力刺激或者溫度刺激沒(méi)有反應(yīng)時(shí)，就說(shuō)明去掉的那個(gè)就是我們要找的”。段樹(shù)民說(shuō)。
大衛(wèi)·朱利葉斯經(jīng)過(guò)艱苦的搜索，終于確定了一個(gè)能夠使細(xì)胞對(duì)辣椒素敏感的基因。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，鑒定出的基因編碼了一種新的離子通道蛋白，這種新發(fā)現(xiàn)的辣椒素受體后來(lái)被命名為 TRPV1。當(dāng)大衛(wèi)·朱利葉斯繼續(xù)研究這種蛋白質(zhì)對(duì)熱的反應(yīng)能力時(shí)，他意識(shí)到他發(fā)現(xiàn)了一種熱敏受體，能在人體感受到溫度變化時(shí)被激活。后來(lái)，大衛(wèi)·朱利葉斯和德姆·帕塔波蒂安又各自獨(dú)立地使用化學(xué)物質(zhì)薄荷醇識(shí)別出了 TRPM8——一種會(huì)被寒冷而激活的受體。
盡管溫度感覺(jué)的機(jī)制已經(jīng)明晰，但機(jī)械刺激是如何轉(zhuǎn)化為觸覺(jué)和壓力感覺(jué)，我們?nèi)匀徊磺宄?/p>
而阿德姆·帕塔波蒂安一直希望，能夠確定被機(jī)械刺激激活的受體究竟是什么。
圖源：諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)
利用類似的方法，帕塔波蒂安和他的合作者首先確定了一種細(xì)胞系，當(dāng)用微量移液管戳單個(gè)細(xì)胞時(shí)，該細(xì)胞系會(huì)發(fā)出可測(cè)量的電信號(hào)。他們假設(shè)被機(jī)械力激活的受體是離子通道，并且在下一步中鑒定了編碼可能受體的 72 個(gè)候選基因。這些基因被一一滅活，以此來(lái)搜索負(fù)責(zé)研究細(xì)胞機(jī)械敏感性的基因。
經(jīng)過(guò)大量辛苦的搜索，兩種全新的、完全未知的機(jī)械敏感離子通道Piezo1 和 Piezo2被發(fā)現(xiàn)了。進(jìn)一步的研究證實(shí)， Piezo1 和 Piezo2 會(huì)被施加在細(xì)胞膜上的壓力直接激活，可以調(diào)節(jié)重要的生理過(guò)程，包括血壓、呼吸和膀胱控制。
圖源：諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)
“人體的很多地方都會(huì)用到壓力敏感的離子通道。當(dāng)他們找到這一類通道后，就可以以此為靶點(diǎn)來(lái)干預(yù)呼吸道、心血管、甚至聽(tīng)力等生理過(guò)程。”段樹(shù)民說(shuō)，利用這項(xiàng)研究，中晚期腫瘤帶來(lái)的疼痛、持續(xù)的慢性疼痛，焦慮、抑郁表現(xiàn)的痛覺(jué)敏感等，都有可能通過(guò)這些靶點(diǎn)而得到有效的控制。
大衛(wèi)·朱利葉斯和德姆·帕塔波蒂安對(duì)TRPV1、TRPM8 和 Piezo 通道的突破性發(fā)現(xiàn)，讓我們理解了熱、冷和機(jī)械力是如何引發(fā)神經(jīng)沖動(dòng)的，彌補(bǔ)了感官與環(huán)境之間復(fù)雜相互作用中缺失的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
想象一下，在炎熱的夏日，赤腳走過(guò)草坪，輕撫過(guò)的熾熱暖風(fēng)，腳下觸及的每一片草葉，都無(wú)比舒適、無(wú)比鮮活。溫度與觸覺(jué)，也讓我們更深刻地體會(huì)到這個(gè)世界的迷人之處。
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